Uporaba večplastnih bazaltnih ultrafinih prej in njihovih tkanin pri raziskovanju Lune

Raziskovalni članek z naslovom »Hierarhična bazaltna metapreja za ergonomske zaščitne vesoljske tekstilije« je v reviji Matter objavila ekipa profesorja Xia Zhiganga in akademika Xu Weilina iz Nacionalnega ključnega laboratorija za nove tekstilne materiale in napredno obdelavo na Tekstilni univerzi v Wuhanu v sodelovanju s profesorjem Tao Guangmingom. Ta raziskovalna skupina za nove tekstilne materiale in napredno obdelavo je prva predlagala tehnologijo predenja z jedrnim predenjem »koaksialno spiralno ovijanje«, ki obravnava izzive nedestruktivnega, nizkonavornega, visokokakovostnega in obsežnega predenja, tkanja in uporabe bazaltnih vlaken v ultrafinem merilu. To odpira novo pot za obsežno, koži prijazno in fleksibilno tekstilno obdelavo visoko togih in zelo krhkih anorganskih vlaknastih materialov, kar omogoča množično proizvodnjo za zadovoljevanje nujne potrebe po visoko zmogljivih zaščitnih materialih, ki bi vzdržali kompleksna in ekstremna okolja v ... Vesoljska in vesoljska industrija področje. Prvi avtor članka je profesor Xia Zhigang, korespondenčna avtorja pa sta akademik Xu Weilin in profesor Tao Guangming. Članek je bil izbran za naslovnico revije.

Uporaba hierarhične bazaltna ultrafine preje in njegove tkanine pri raziskovanju Lune so ključni scenarij za prihodnje človeške migracije v vesolje. Ta hierarhična bazaltna ultrafina preja se odlikuje po prožnosti, visoki trdnosti in odlični stabilnosti ter se lahko tke v mehke tkanine, ki se učinkovito upirajo močnemu sončnemu sevanju in ekstremnim temperaturnim nihanjem v vesolju. Ta raziskava je pionir nove metode za pretvorbo krhkih anorganskih bazaltnih vlaken v praktične, ergonomsko zaščitne vesoljske tekstilije.

V zadnjih letih se je s hitrim razvojem globalnega raziskovanja globokega vesolja in komercialnega vesoljskega prometa povpraševanje industrije po Lahka, materiali, odporni na ekstremne okoljske vplive, se je močno povečala.Bazaltna vlakna, pridobljena iz vulkanske kamnine, ima pomembne prednosti, kot so nizki stroški, odpornost na visoke temperature, visoka toplotna izolacija, odpornost na sevanje, odpornost proti koroziji in negorljivost brez dima, kar privablja konkurenčno uporabo na več področjih, vključno z železniškim prometom, posebno zaščito in gradbeništvom. Vendar pa je zaradi svoje visoke togosti in visokega modula zelo dovzetna za krhek lom v ultrafini lestvici; tradicionalno predenje z visokim navorom povzroča tudi poškodbe vlaken in močan padec trdnosti, zaradi česar je doseganje "nedestruktivne, z nizkim navorom, popolnoma prekrite, prijazne do kože in prožne" visokokakovostne preje dolgoročno problem "ozkega grla", ki omejuje vstop bazaltnih vlaken v tekstilni sistem uporabe.

Časovnica razvoja tehnologije

Da bi rešili to tehnično ozko grlo in zadostili potrebam ekstremnih zaščitnih aplikacij, je domače podjetje sodelovalo z ekipo profesorja Xia Zhiganga na Tekstilni univerzi v Wuhanu. Obvladali so celoten industrijski proces, od predenja, izdelave preje, tkanja do barvanja:

• 2019: Prvič predlagano nedestruktivno ovijanje v predilni tehniki.

• 2020: Uspešno razvit prvi koži prijazen Termo zaščitna tkanina iz bazaltnih vlaken.

• 2021: Dosežena tehnologija natančno nadzorovanega risanja ultrafinih bazaltnih vlaken, ki se uporabljajo v tkaninah za oblačila.

• 2022: Laboratorij je uspešno zasnoval in zavrtel visokokakovostno, nizkonavorno, nedestruktivno, popolnoma pokrito, visokodeležno fina preja iz bazaltnih vlaken.

• 2023: Stabilno delovanje celotnega industrijskega sklopa procesov in opreme, primerne za nedestruktivno, popolno predenje bazaltnih vlaken.

• Od leta 2023 do danes: Stalna optimizacija in izboljšanje procesov in opreme, sprejemanje naročil za proizvodnjo in razvoj visokokakovostnih zaščitnih tkanin iz bazaltnih vlaken za ekstremne scenarije zaščite.

• 2024: Kitajska državna zastava iz bazaltnih vlaken, ki jo je razvila Tekstilna univerza v Wuhanu, je bila uspešno razvita na drugi strani Lune s strani misije Chang'e-6, kar je še dodatno spodbudilo pozornost in širitev uporabe izjemno zaščitnih tkanin iz bazalta.

• 2025: Inovativno ekipo "Basalt Fiber Era" sta skupaj ustanovila kitajsko podjetje Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. in predilna ekipa akademika Xu Weilina na tekstilni univerzi Wuhan. Ekipa je predana poglobljenim raziskavam in promociji širitve celotne verige uporabe bazaltnih vlaken v vesoljski industriji, od surovin do tekstilnih izdelkov, s čimer se spopada z mednarodnimi mejami vesoljske znanosti in pomembnimi nacionalnimi strateškimi potrebami.

Inovacije in zmogljivost

Ekipa, ki so jo vodili profesorji Xu Weilin, Xia Zhigang in Tao Guangming, skupaj s podiplomskimi študenti, kot so Shang Lulu, Xu Ao in Zhang Shiliang, je nenehno uvajala inovacije in izboljševala trenutno tehnologijo. Bili so pionirji tehnologije "koaksialnega spiralnega ovijanja" in premagali ključne tehnične in strojne inovacije, kot sta nedestruktivno oblikovanje preje z nizkim navorom in večnivojska stabilna pokritost.

Dosegli so industrijsko, neprekinjeno proizvodnjo večplastne, organsko-anorganske kompozitne, koži prijazne, fleksibilne bazaltne metastrukturne preje (Metayarn).

• Trdnost proizvedene metapreje se je v primerjavi z originalnim bazaltnim filamentom povečala za 27,76 %.

• Preostali navor preje je bil v primerjavi z drugimi komercialnimi nitmi znatno zmanjšan, kar je omogočilo neposredno pletenje ali tkanje v kožo prijazne, fleksibilne izdelke Metayarn.

Izdelki Metayarn, ki se soočajo s kompleksnimi in ekstremnimi vesoljskimi okolji, kažejo izjemno prilagodljivost okolju in strukturno stabilnost:

• Trdnost fleksibilnega izdelka se ni zmanjšala, temveč se je povečala, po neprekinjenem izpiranju s tekočim dušikom pri 200 °C, vročim zrakom pri 300 °C in dolgotrajni izpostavljenosti močnemu sončnemu sevanju.

• Ohranil je strukturno celovitost tudi po tem, ko ga je ožgal plamen pri 1300 °C.

• Pleteni izdelki iz metapreje imajo raztezek pri pretrganju do 421 %.

• Ohranjajo odlično ognjevarnost in požarno odpornost tudi pod 30%, s čimer se doseže integrirana funkcija "udobja in zaščite".